结合转录组学及代谢组学研究百草枯体外神经发育毒性及其机制

Paraquat (PQ) is a widely used herbicide in China as well as all over the world. Yet, the impacts of PQ exposure on developing nervous system remain unclear.The temporally and spatially restricted proliferation and differentiation of neural stem cells are essential to the development of nervous system, thus in the current project we aim to investigate the effects of low-dose PQ on transcriptome and metabolome of human neural stem cells, and try to explicit the developmental neurotoxic pathway and biomarkers. In addition, we will investigate the roles of vascular endothelial cells in the developmental neurotoxicity (DNT) induced by PQ. This work will provide not only substantial genetic and metabolomic information for DNT mechanisms of PQ, but also valuable endpoints of in vitro models for DNT assessment.

百草枯是一种在我国乃至全世界范围内大量使用的除草剂，其慢性低剂量暴露所引发的神经发育毒性及其机制尚不明确。由于神经干细胞时空特异性的增殖和分化是神经系统正常发育的重要前提，因此本项目拟选择体外培养的人神经干细胞作为模型，以神经干细胞增殖和分化过程中的转录组产物及代谢组产物作为检测终点，结合生物信息学技术，综合探讨百草枯所致神经发育损伤过程中所涉及的神经发育毒作用通路及潜在生物标志。在此基础上，以离体培养的血管内皮细胞作为模型，观察百草枯暴露对血管内皮细胞紧密连接分子和功能性细胞因子的影响，进一步探讨血管内皮细胞在百草枯所致神经发育损伤中的作用。项目的实施不仅可以为百草枯的神经发育毒作用及其机制研究提供遗传学和代谢组学的信息，为体外神经发育毒性的评价和预测提供敏感特异的检测靶点，更能为体外评价神经发育毒性替代试验的推进提供理论参考。

百草枯作为一种广泛使用的除草剂，其慢性低剂量暴露所引发的神经发育毒性及其机制尚不明确。由于神经干细胞时空特异性的增殖和分化是神经系统正常发育的重要前提，因此本项目通过成功建立两种体外神经干细胞模型：人神经干细(ReNcell CX)和人脐带血神经干细胞(HUCB-NSC)，发现百草枯在较低剂量(25μmol/L)下能够引起神经干细胞损伤，诱导干细胞凋亡且抑制其增殖活性，说明它具有潜在的神经发育毒性。进一步以神经干细胞增殖和分化过程中的转录组产物作为检测终点，通过RNA-seq技术检测百草枯处理的神经干细胞增殖期、分化早期及分化晚期与相应时期未处理的细胞之间的差异表达基因，结合生物信息学技术，综合探讨了百草枯所致神经发育损伤过程中涉及的神经发育毒作用通路及潜在生物标志，确认了百草枯能够诱导神经干细胞增殖分化相关基因在mRNA转录水平出现异常，miRNA的转录水平也发生异常，说明百草枯染毒在基因转录层面产生了明显的影响。在此基础上，以离体培养的血管内皮细胞作为模型，观察百草枯暴露对血管内皮细胞紧密连接分子和功能性细胞因子的影响，进一步探讨血管内皮细胞在百草枯所致神经发育损伤中的作用。项目的实施为百草枯的神经发育毒作用及其机制研究提供遗传学和转录组学的信息，为体外神经发育毒性的评价和预测提供敏感特异的检测靶点。